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JP2019126723A - Method and fiber-optical system for illuminating and detecting object with light - Google Patents

Method and fiber-optical system for illuminating and detecting object with light Download PDF

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Abstract

【課題】光ファイバ束の較正と、光ファイバ束を用いた物体観察とを原位置で行う。
【解決手段】本発明は、特に内視鏡及び顕微鏡への適用のため、ファイバ束(3)の原位置での較正と、乱れを修正した光により物体(9)を照らし検出することとを備える、方法及びファイバ−光学システムに関する。ファイバ束(3)の較正のため、二重位相の歪を測定していた従来技術と比較して、本発明は、ファイバ束による伝送を原因とする光の単一位相の歪を直接決定できるので、ファイバ束(3)のシステム関数を決定できるようになる。システム関数は、物体(9)を照らし検出する際に、光の乱れの修正に用いられる。
【選択図】図1
An optical fiber bundle calibration and an object observation using an optical fiber bundle are performed at an original position.
Kind Code: A1 The present invention provides in-situ calibration of a fiber bundle (3) and illumination detection of an object (9) with turbulence-corrected light, in particular for application to endoscopes and microscopes. The invention relates to a method and a fiber-optical system. The present invention can directly determine the single-phase distortion of light due to transmission by the fiber bundle, as compared to the prior art, which measured double-phase distortion for calibration of the fiber bundle (3) So that the system function of the fiber bundle (3) can be determined. The system function is used to correct the light disturbance when illuminating and detecting the object (9).
[Selected figure] Figure 1

Description

本発明は、特に内視鏡用途及び顕微鏡用途のための、光により物体を照らし検出する、方法及びファイバ−光学システムに関する。本発明は、ファイバ−光画像導波路(ファイバ束)の原位置での較正と、光の乱れを修正した照明又は検出と、を含む。   The present invention relates to methods and fiber-optic systems for illuminating and detecting objects with light, particularly for endoscopic and microscopic applications. The invention includes in-situ calibration of a fiber-light image waveguide (fiber bundle) and illumination or detection with light distortion correction.

柔軟な内視鏡(軟性鏡)の形態のファイバ−光学システムは、多数の(100、000本となるような)個々の可撓性光ファイバ、例えば、ガラスファイバを備える。ファイバ束の個々のファイバが干渉的に配置されていると、光学的画像伝送が実行可能である。画像情報がロッドレンズシステムを介して伝送される硬性の内視鏡(硬性鏡)と比較した利点は、観察対象へのアクセスが非常に制限されている場合でも、特に極細ファイバ束のコンパクトさ及び柔軟な使用可能性にある。軟性鏡の不利点は、達成可能な画像コントラストが比較的低いことである。これは特に、ファイバ束のピクセレーション、個々のファイバ間のクロストーク、画像のシャープネスの低下(ぼやけ効果)、及び個々のファイバにおける光波誘導のマルチモード性(スペックル効果)に起因する。ファイバ束からの光の上記の乱れによる画質の劣化は、変調伝達関数によって説明可能である。さらに、柔軟なファイバ束は、強度プロファイルの伝送と、レンズを用いたその画像化(近視野技術)とのみ許容されている。個々のファイバの光路長が異なり、未知であるゆえに、透過光の位相情報の直接把握は不可能であり、したがって透過光の遠視野は未知で、具体的に調整不可能である。   A fiber-optic system in the form of a flexible endoscope (soft mirror) comprises a large number (100, 000) of individual flexible optical fibers, for example glass fibers. Optical image transmission is feasible if the individual fibers of the fiber bundle are arranged coherently. The advantages compared to rigid endoscopes (rigidscopes) in which the image information is transmitted via the rod lens system are in particular the compactness of the ultra-fine fiber bundle and in particular when access to the object to be observed is very limited. It is in flexible use. The disadvantage of flexible mirrors is that the achievable image contrast is relatively low. This is in particular due to fiberisation of the fiber bundle, crosstalk between the individual fibres, loss of image sharpness (blur effect) and multi-modality of the lightwave induction in the individual fibre (speckle effect). The degradation of the image quality due to the above mentioned disturbance of the light from the fiber bundle can be explained by the modulation transfer function. Furthermore, flexible fiber bundles are only allowed for the transmission of intensity profiles and their imaging with lenses (near field technology). Because the optical path lengths of the individual fibers are different and unknown, it is not possible to directly grasp the phase information of the transmitted light, and thus the far field of the transmitted light is unknown and not specifically adjustable.

軟性鏡の使用で得る画像の画素間隔を小さくすることは、結像光学系、一般的には、ファイバ束の遠位面を対象物体平面上に結像する、一般的には複数の光学レンズ又はレンズ系といった、結像光学部材を統合することで達成可能である。しかしながら、これは軟性鏡の設置サイズを著しく増大させ、したがって光学的アクセスのための最小寸法が増大される。さらに、結像光学系を統合するためには複雑な構成及び接続技術、並びに複数の調整段階が必要とされる。従来の結像光学系を有するファイバ束は、外側面(矢状面)における二次元測定のみ可能であるという事実から、さらなる不利が生じる。深さ情報を得るためには、例えば、走査方法は、機械的に変位可能な光学素子又は電気的に調節可能な光学系を用いて、あるいは他の複雑な測定方法(2つのファイバ束を用いた三角測量)を用いて行われなければならない。   Reducing the pixel spacing of the image obtained with the use of a soft mirror means imaging optics, generally imaging the distal surface of the fiber bundle onto the object object plane, generally a plurality of optical lenses Alternatively, it can be achieved by integrating an imaging optical member such as a lens system. However, this significantly increases the installation size of the soft mirror, thus increasing the minimum size for optical access. Furthermore, complex construction and connection techniques, as well as multiple adjustment steps are required to integrate the imaging optics. A further disadvantage arises from the fact that fiber bundles with conventional imaging optics are only capable of two-dimensional measurement in the outer surface (sagittal). In order to obtain depth information, for example, the scanning method uses mechanically displaceable optical elements or electrically adjustable optical systems, or other complex measuring methods (using two fiber bundles). Must be done using the

光導波路を通る伝送によって生じた光の乱れ(ゆがみ)を修正する様々な手法が現存する。特許文献1には、光導波路内の偏光依存性の乱れを修正する方法が記載されていて、偏光依存性の乱れの補償関数は光導波路によって計算され、その関数によって最初に歪んだ電気入力信号が計算される。この電気入力信号は、光導波路を介して伝送されるように意図される、対応する歪光入力信号に変換される信号である。補償関数を決定するために、信号対雑音比、偏光依存減衰又はモード分散、ビット誤り率、あるいは信号分散を測定するように構成された検出器が使用される。   Various techniques exist to correct light distortion caused by transmission through optical waveguides. Patent Document 1 describes a method for correcting polarization dependent disturbances in an optical waveguide, the compensation function of the polarization dependent disturbances being calculated by the optical waveguide, the electrical input signal initially distorted by the function Is calculated. This electrical input signal is the signal which is intended to be transmitted via the optical waveguide and which is converted into a corresponding distorted optical input signal. To determine the compensation function, a detector configured to measure signal to noise ratio, polarization dependent attenuation or mode dispersion, bit error rate, or signal dispersion is used.

従来技術により公知の補償光学的な方法では、(光)波面センサ及び変調器を使用して位相収差を検出及び均等化可能である。高エネルギーレーザービームのビーム制御のためのこの種の方法は、例えば特許文献2に開示されている。非特許文献1は、「デジタル光学位相共役」といわれる、光学的に不透明な、特に生物学的な媒体の通過による位相歪みの修正に適している開制御ループを備える、補償光学的な一方法を提案している。この方法では、センサとしてCCDカメラが用いられ、アクチュエータとして空間光変調器(SLM)が用いられる。非特許文献1に開示された方法は、SLMの対応する画素上に虚像(仮想イメージ)を生成することをカメラの各画素に要求し、逆もまた同様とされている。結果として、この方法は複雑な較正と非常に高度な調整作業を必要とする。非特許文献2には、遠位端の部分反射器と近位端のSLMを使用して較正可能である、柔軟なマルチモードファイバを含む内視鏡が記載されている。非特許文献2の記載範囲では、そのような内視鏡の較正と内視鏡を用いた測定とを同時に行うことはできない。ここで、用語「近位」及び「遠位」は、ファイバ束に関する位置関係を特徴付け、ファイバ束の近位側は照明源に面する端面であり、ファイバ束の遠位側は面する端面であるとする。   In the adaptive optics methods known from the prior art, (optical) wavefront sensors and modulators can be used to detect and equalize phase aberrations. Such a method for beam control of high energy laser beams is disclosed, for example, in US Pat. Non-Patent Document 1 describes an adaptive optical method including an open control loop called "digital optical phase conjugation", which is suitable for correction of phase distortion due to passage of an optically opaque, particularly biological medium. Has proposed. In this method, a CCD camera is used as a sensor, and a spatial light modulator (SLM) is used as an actuator. The method disclosed in Non-Patent Document 1 requires each pixel of the camera to generate a virtual image (virtual image) on the corresponding pixel of the SLM, and vice versa. As a result, this method requires complex calibration and very sophisticated adjustment work. Non-Patent Document 2 describes an endoscope that includes a flexible multimode fiber that can be calibrated using a partial reflector at the distal end and an SLM at the proximal end. In the range described in Non-Patent Document 2, calibration of such an endoscope and measurement using an endoscope can not be performed simultaneously. Here, the terms "proximal" and "distal" characterize the positional relationship with respect to the fiber bundle, with the proximal side of the fiber bundle being the end face facing the illumination source and the distal side of the fiber bundle facing the end face Suppose that

特許文献3には、ファイバの近位端に配置されたSLMを使用して入射光の相対位相を変更可能な軟性鏡が記載されている。入射光に関してファイバによって生じた位相差は、波面センサ又は干渉計によって決定される。この目的のために、部分反射コーティングが遠位ファイバ端部に施される。結果として、位相差Δφは、光がファイバ束を2回通過した後に決定され、したがって、測定されるのは単一の位相差ではなく、代わりに2Δφ、それぞれ2πである。二重位相差を測定することの不利点は、この測定が不明確であるということである。例えば、πについての二重位相差が測定される場合、ファイバ束によって生じた単一位相差は、π/2又は−π/2であり得る。真の単一位相差は、複雑な方法を使用しなければ決定できない。   U.S. Pat. No. 5,959,095 describes a flexible mirror that can change the relative phase of incident light using an SLM placed at the proximal end of the fiber. The phase difference caused by the fiber with respect to the incident light is determined by a wavefront sensor or interferometer. For this purpose, a partially reflective coating is applied to the distal fiber end. As a result, the phase difference Δφ is determined after the light has passed through the fiber bundle twice, so it is not a single phase difference that is measured, but instead 2Δφ, each 2π. The disadvantage of measuring double retardation is that this measurement is unclear. For example, if a double retardation for π is measured, the single retardation caused by the fiber bundle may be π / 2 or −π / 2. A true single phase difference can only be determined using complex methods.

特許文献4は、上記の不利点について、仮想光源像を用いてマルチモード導波路を遠位方向に照明することを提案している。二重被覆を有し、シングルモードファイバコアを含むマルチモードファイバが検討され、そのファイバの遠位端にホログラフィック写真材料及び点反射生成物体(それによって仮想光源が物体背後に生成される)が配置される。照明の場合には、シングルモードファイバによって転送される(光)波は、写真材料の位置において、仮想光源から発する光と干渉することでこの方法の成果に寄与する。この方法では、仮想光源の位置が固定されていて自由に選択できないことが不利であり、従って実際の焦点に対する位置選択もまた大きく制限される。さらに、特定の光学設計がファイバの遠位端で必要である。   Patent Document 4 proposes to illuminate the multimode waveguide in the distal direction using a virtual light source image with respect to the above disadvantages. A multimode fiber with a double coating and containing a single mode fiber core is considered, at the distal end of which a holographic photographic material and a point reflection generating object (thereby a virtual light source is generated behind the object) Be placed. In the case of illumination, the (light) waves transmitted by the single mode fiber contribute to the outcome of this method by interfering with the light emitted from the virtual light source at the location of the photographic material. This method has the disadvantage that the position of the virtual light source is fixed and can not be freely selected, so that the position selection for the actual focus is also greatly restricted. Furthermore, specific optical designs are required at the distal end of the fiber.

国際公開第2004/032386号International Publication No. 2004/032386 独国特許第60223130号明細書German Patent No. 60223130 米国特許第8585587号明細書US Pat. No. 8,855,587 米国特許出願公開第2015/015879号明細書US Patent Application Publication No. 2015/015879

Cui, M. and Yang, C., Implementation of a digital optical phase conjugation system and its application to study the robustness of turbidity suppression by phase conjugation, Optics Express 18, Vol. 4 (2010), page 3444Cui, M.C. and Yang, C.I. Implementation of a digital optical phase conjugation system and its application to study The robustness of the suppression by phase conjugation, Optics Express 18, Vol. 4 (2010), page 3444 Gu, R. Y., Mahalati, R. N. and Kahn, J. M., Design of flexible multi−mode fiber endoscope, Optics Express 23, Vol. 21 (2015), page 26905Gu, R. Y. , Mahalati, R. N. and Kahn, J.A. M. , Design of flexible multi-mode fiber endoscope, Optics Express 23, Vol. 21 (2015), page 26905

本発明の課題は、それゆえ、照明源から発せられた光において、光ファイバの束を通した伝送によって生じた乱れを修正可能にする、改良された方法と、この方法に関連するファイバ−光学システムを、提案することである。この提案には、システムの較正のための、複雑な調整工程の繰り返し実行を不要とすることも含まれる。換言すると、光ファイバの束が、光のコヒーレント位相アレイ(「リモートフェイズドアレイ」)として使用可能となることが、意図される。   The subject of the present invention is therefore an improved method of correcting disturbances caused by transmission through a bundle of optical fibers in the light emitted from an illumination source, and the fiber-optics associated with this method. It is to propose a system. The proposal also includes eliminating the need for repetitive execution of complex adjustment steps for system calibration. In other words, it is contemplated that a bundle of optical fibers can be used as a coherent phased array of light ("remote phased array").

本発明の課題は、請求項1に記載された技術的特徴を有する方法と、請求項9に記載された技術的特徴を有するファイバ−光学システムとによって達成される。本発明の発展的な範囲は、従属請求項に記載される。   The object of the present invention is achieved by a method having the technical features as claimed in claim 1 and a fiber-optical system having the technical features as claimed in claim 9. The inventive scope of the invention is set forth in the dependent claims.

本発明による、光を用いて物体を照明し検出する方法は、光ファイバの干渉性(コヒーレントな)束の較正と、物体を、乱れを修正した光で照らすこと又は乱れを修正した光で検出することと、を備える。干渉性光ファイバ束、例えば複数のガラスファイバは好ましくは可撓性(柔軟)である。方法ステップa)における較正は、ファイバ束のシステム関数を、少なくとも識別し評価するために使用され、ファイバ束の近位端と遠位端との間の転送行列によって表現されてもよい。システム関数は、文献において「伝達関数」としても言及される。方法ステップb)において、決定された光の乱れは、物体の観察の際には大幅に補償される。乱れは、例えば、光の波面の歪み、又は波動場の変形として視覚化してもよい。物体の観察は、物体を照明することと、物体を検出することとを含むものとする。   The method of illuminating and detecting an object using light according to the present invention comprises calibrating an coherent fiber of an optical fiber and illuminating the object with a turbulence-corrected light or detecting a turbulence-corrected light And comprising. The coherent optical fiber bundle, for example a plurality of glass fibers, is preferably flexible. The calibration in method step a) is used to at least identify and evaluate the system function of the fiber bundle and may be represented by a transfer matrix between the proximal end and the distal end of the fiber bundle. System functions are also referred to in the literature as "transfer functions". In the method step b), the determined light disturbance is largely compensated for in the observation of the object. The disturbance may be visualized, for example, as distortion of the wave front of the light or deformation of the wave field. Observation of an object includes illuminating the object and detecting the object.

本発明の方法によって、ファイバ束の較正と、光の乱れが補償された光による物体の観察とが、原位置(その場)で有利に実施可能であって、例えば、移動、振動又は温度変化が招くシステム機能における変化が、複雑な手動調整なく即時に把握できる。   By means of the method according to the invention, the calibration of the fiber bundle and the observation of the object by means of the light whose light disturbance has been compensated for can advantageously be carried out in situ, e.g. The changes in system functions caused by the system can be grasped immediately without complicated manual adjustment.

各場合において束の2つのファイバ間の位置関係が束の全長にわたって一定を保っている場合、整えられたファイバ束は、「干渉性」ファイバ束として参照される。以下、ファイバ束に関する位置関係は、「近位」及び「遠位」という用語によってしばしば特徴付けられる。ファイバ束の近位側とは、照明システムに面する端面であり、ファイバ束の遠位側とは、物体に面する端面であるとする。   A trimmed fiber bundle is referred to as a "coherent" fiber bundle if in each case the positional relationship between the two fibers of the bundle remains constant over the entire length of the bundle. Hereinafter, the positional relationship with respect to the fiber bundle is often characterized by the terms "proximal" and "distal". The proximal side of the fiber bundle is the end surface facing the illumination system, and the distal side of the fiber bundle is the end surface facing the object.

本発明の方法は、方法ステップa)において、ファイバ束を較正する以下の下位の方法ステップを備える。
i)光ファイバの干渉性束の中の少なくとも1つの自由に選択可能な個々のファイバを、近位から照らす。
ii)束の光ファイバの遠位端面から離れた位置の部分反射手段において、少なくとも部分的に光を反射する。これにより、2本以上の個々のファイバを備える光ファイバの束の領域が、反射光によって遠位から照らされる。そして、反射光は、照らされた個々のファイバの虚像から発散する光に相当する光である。
iii)光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射光の空間強度分布を検出するか、あるいは光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射波に基準波を干渉的に重ね合わせることで生成される干渉パターンの空間強度分布を検出する。
iv)光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射光の単一位相差ΔΦを、少なくとも直接抽出するために、検出データを評価する。
v)光ファイバの束の遠位で照らされた領域の伝送特性を反映するシステム関数を決定する。
vi)光ファイバ束全体の伝送特性を反映するシステム関数を決定するために方法ステップi)からv)を繰り返す。
The method of the present invention comprises the following sub-method steps for calibrating the fiber bundle in method step a):
i) Illuminate from the proximal at least one freely selectable individual fiber in the coherent bundle of optical fibers.
ii) Reflect the light at least partially in the partially reflecting means located away from the distal end face of the bundle of optical fibers. This illuminates the region of the fiber optic bundle comprising two or more individual fibers from the distal end by the reflected light. The reflected light is light corresponding to light diverging from a virtual image of each illuminated fiber.
iii) detecting the spatial intensity distribution of reflected light transmitted and disturbed through the distal illuminated region of the fiber optic bundle, or through the distal illuminated region of the fiber optic bundle The spatial intensity distribution of the interference pattern generated by interfering the reference wave with the transmitted wave disturbed is detected.
iv) Evaluating the detection data to at least directly extract a single phase difference ΔΦ of the reflected light transmitted and disturbed through the distally illuminated area of the bundle of optical fibers.
v) Determine a system function that reflects the transmission characteristics of the distal illuminated region of the fiber optic bundle.
vi) Repeat method steps i) to v) to determine a system function that reflects the transmission characteristics of the entire fiber optic bundle.

ファイバ束を較正するために、ファイバ束の個々のファイバを通って導かれた光が、ファイバ束に面していない部分反射手段の面上で、部分反射手段によって反射されるという事実が利用される。すなわち、個々のファイバの虚像(仮想イメージ)がファイバ束の遠位面に生じ、反射光がほぼ点状の仮想光源から出ていると考えることが可能である。仮想光源から、このように(個々のファイバの)遠位の照明が発生し、ファイバ束の遠位から照明されるファイバの数は、仮想光源とファイバ束の遠位端面との間の距離に依存する。ほぼ点状の仮想光源の使用は、天文学のガイド用星印の概念に類似し、以下では、ほぼ点状の仮想光源を「ガイド用星印」として参照することとする。   In order to calibrate the fiber bundle, the fact is used that the light guided through the individual fibers of the fiber bundle is reflected by the partially reflecting means on the face of the partially reflecting means not facing the fiber bundle. Ru. That is, it is possible to consider that a virtual image (virtual image) of an individual fiber is produced on the distal surface of the fiber bundle, and that the reflected light is coming from a substantially point-like virtual source. From the virtual light source, distal illumination (individual fibers) is thus generated, and the number of fibers illuminated from the distal end of the fiber bundle depends on the distance between the virtual light source and the distal end face of the fiber bundle. Dependent. The use of a near point virtual light source is similar to the astronomical guide star concept, and in the following, the near point virtual light source will be referred to as a "guide star".

下位方法ステップiii)において、反射光、すなわち仮想光源によって遠位から照らされたファイバ束の領域を介して伝送されることで乱される光である、反射光の空間強度分布が検出されるか、あるいは、ファイバ束の遠位から照らされた領域によって伝送されて乱された光に干渉的に重ね合わせることによって生成される干渉パターンが検出される。この場合、本発明によれば、ガイド用星印によるファイバの遠位を照らすため、検出されたデータは、二重位相差2・ΔΦに替えて、純粋にファイバの近位を照らす場合のごとく、単一位相差ΔΦの抽出を可能にする。   In sub-method step iii) is detected a spatial intensity distribution of the reflected light, ie the light being disturbed by being transmitted through the area of the fiber bundle illuminated from the distal end by the virtual light source? Alternatively, an interference pattern generated by coherent superposition of the transmitted and disturbed light by the distally illuminated area of the fiber bundle is detected. In this case, according to the invention, in order to illuminate the distal end of the fiber by the guiding star, the detected data is replaced by a double phase difference 2 · ΔΦ, as in the case of purely illuminating the proximal part of the fiber , Which enables extraction of a single phase difference ΔΦ.

原則的に、ファイバ束の単一のファイバを近位から照らすことと、ガイド用星印がファイバ束全体を照らすのに十分に大きい距離で生じるように、部分反射手段をファイバ束の遠位端面から十分に離して配置することとが可能である。下位の方法ステップvi)は、光ファイバ束全体の伝送特性を反映するシステム関数が既に下位の方法ステップi)からv)によって決定されたならば、その後省略可能としてもよい。しかしながら、部分反射手段とファイバ束の遠位端面との間の距離が大きいと、結像誤差が生じ、較正の品質に悪影響を及ぼすおそれがあろう。本発明の方法は、そのため、部分反射手段とファイバ束の遠位端面との間の距離が、近位から照らされる個々のファイバの周囲のファイバ束の一部分のみが遠位から照らされる状態となるように選択されること、となるよう有利に適用される。光ファイバの束全体の伝送特性を反映するシステム関数が決定されるまで、下位の方法ステップi)からv)を繰り返してもよい。この目的のために、下位の方法ステップi)において、各ケース(実施例)において、ファイバ束の互いに異なる部分が、近位から照らされる。これにより、ファイバ束の異なる部分が遠位から照らされて、異なる部分のそれぞれが少なくとも一度キャプチャされて、ファイバ束のシステム関数が、それぞれの部分のシステム関数を組み合わせることで計算される。部分反射手段とファイバ束の遠位端面との間の距離は、典型的には約100μmであってもよい。   In principle, illuminating the single fiber of the fiber bundle from the proximal side, and the partially reflecting means at the distal end face of the fiber bundle, so that the guiding star occurs at a distance large enough to illuminate the whole fiber bundle It is possible to arrange it sufficiently away from The lower method step vi) may then be omissible if the system function reflecting the transmission characteristics of the entire optical fiber bundle has already been determined by the lower method steps i) to v). However, if the distance between the partially reflecting means and the distal end of the fiber bundle is large, imaging errors may occur and adversely affect the quality of the calibration. The method according to the invention is such that the distance between the partially reflecting means and the distal end face of the fiber bundle is such that only a portion of the fiber bundle around the individual fibers illuminated from the proximal end is illuminated from the distal end Is advantageously applied to be selected. The lower method steps i) to v) may be repeated until a system function reflecting the transmission characteristics of the entire bundle of optical fibers is determined. For this purpose, in the lower method step i), in each case (example) different parts of the fiber bundle are illuminated from the proximal side. Thereby, different portions of the fiber bundle are illuminated from the distal side, each of the different portions is captured at least once, and the system function of the fiber bundle is calculated by combining the system functions of the respective portions. The distance between the partially reflecting means and the distal end face of the fiber bundle may typically be about 100 μm.

複数のガイド用星印を生成することは、良好な焦点品質でより正確な較正の点で有利である。較正にかかる時間を有利に短縮するために、本発明の方法の一実施形態では、光ファイバの束の少なくとも2つの、隣接していない個々のファイバが近位から同時に照らされるように下位の方法ステップi)が実施される。そして、下位の方法ステップii)で、個々のファイバの少なくとも2つの虚像が、ファイバ束の、画像が重ならない領域が遠位から照らされることで、得られる。   Generating multiple guide stars is advantageous in terms of better calibration with better focus quality. In order to advantageously reduce the time taken for calibration, in one embodiment of the method of the invention, the lower method is such that at least two non-adjacent individual fibers of the bundle of optical fibers are illuminated simultaneously from the proximal side Step i) is performed. Then, in a lower method step ii), at least two virtual images of the individual fibers are obtained from the distally illuminated regions of the fiber bundle where the images do not overlap.

物体を観察する目的で、本発明の方法は以下の方法ステップb)を備える。
b)光の乱れを修正させて、光により光ファイバの束全体を近位から照らし、部分反射手段の後の光路に配置された物体を検出し、あるいは、光ファイバ束全体を近位から光の乱れを修正せずに照らすことに続いて、部分反射手段の後の光路内に配置された物体を、乱れを修正して検出する。
ここで、照明の乱れ修正は、個々に作動可能な要素を含む波面変調器との相互作用によって、システム関数の逆関数が照明システムによって発せられた光に与えられることによって行われる。ここでは、光ファイバの束の伝送の後、照明システムによる発光にほぼ相当する波動場が、部分反射手段の後の光路に配置された物体の近位照明に、利用可能である。
またここで、検出の乱れ修正は、物体との相互作用に続いて、光ファイバの束によって伝送されて乱された光の空間強度分布、又は、物体との相互作用に続いて、光ファイバの束によって伝送されて乱された光に干渉的に基準波を重ね合わせることで生成された干渉パターンの空間強度分布が、システム関数の逆関数を適用して数値的に修正されることにおいて、行われる。
For the purpose of observing the object, the method of the invention comprises the following method step b).
b) Correcting the disturbance of light and illuminating the entire bundle of optical fibers from the light with light, detecting an object placed in the optical path after the partial reflection means, or illuminating the entire optical fiber bundle from the proximal Following the illumination without correcting the disturbance, an object placed in the optical path after the partial reflection means is detected with the disturbance corrected.
Here, the illumination disturbance correction is performed by applying an inverse function of the system function to the light emitted by the illumination system by interaction with a wavefront modulator comprising individually actuable elements. Here, after transmission of a bundle of optical fibers, a wave field approximately corresponding to the light emitted by the illumination system is available for the proximal illumination of an object placed in the optical path after the partial reflection means.
Also here, detection perturbation correction is performed following the interaction with the object, followed by the spatial intensity distribution of the light transmitted and disturbed by the bundle of optical fibers, or following the interaction with the object. The spatial intensity distribution of the interference pattern generated by interfering the reference wave with the disturbed light transmitted by the bundle is numerically modified by applying the inverse function of the system function. It will be.

方法ステップa)におけるファイバ束の較正の実行後、ファイバ束全体の伝送特性を反映するシステム関数が決定されるこの較正によって、ファイバ束によって物体がファイバ束に照らされる前又は後に、乱れの修正を実行可能である。   After performing the calibration of the fiber bundle in method step a), a calibration function is determined that reflects the transmission characteristics of the entire fiber bundle, so that the correction of the disturbance is taken before or after the object is illuminated by the fiber bundle by the fiber bundle. It is feasible.

このように、ファイバ束を通る光の伝送中に生じる乱れを補償するために、物体は、逆システム関数に従って波面変調器によって予め歪められた波面によって照らされるか、又は、物体での分散後にファイバ束による乱れが数値的に補償されて、予め歪められていない波面を用いて照明が実行される。本発明の意味の範囲内で、「波面変調器」は、光波の位相と、光波の振幅との少なくとも一方に意図的に影響する装置として理解されたい。   Thus, in order to compensate for the disturbances occurring during the transmission of light through the fiber bundle, the object is illuminated by the wave front pre-distorted by the wave front modulator according to the inverse system function or the fiber after dispersion at the object The disturbance due to the bundle is numerically compensated and illumination is performed using a wavefront that is not pre-distorted. Within the meaning of the present invention, a “wavefront modulator” is to be understood as a device which purposely influences at least one of the phase of the lightwave and the amplitude of the lightwave.

本発明の方法の一実施形態では、下位の方法ステップi)において、少なくとも1つの自由に選択可能な個々のファイバが少なくとも1つの第1の照明源によって近位から照らされ、方法ステップb)において、光の乱れを修正又は未修正で、干渉性光ファイバ束全体を近位から照らすことは、第2の照明源によって実行される。あるいは、下位の方法ステップi)の自由に選択可能な個々のファイバの少なくとも1つを近位から照らすことと、方法ステップb)の乱れを修正又は未修正で光ファイバ束全体の近位を照らすこととの一方が、正確に一つの照明源を用いて実行される。ここで、自由に選択可能な個々のファイバの少なくとも1つを近位から照らすことを少なくとも目的とし、光は、照明源と光ファイバの干渉性束との間の光路に配置された波面変調器と相互作用するものとする。この場合、波面変調器の個々に作動可能な要素は、照明源の光の主要部分がファイバ束に当たらず、替わりに個々のファイバの少なくとも1つを照らすために使用される部分のみが当たるように、配向される。上記実施形態によれば、隣接していない複数の個々のファイバを同時に照明することも、有利に可能である。   In an embodiment of the method of the invention, in sub-method step i) at least one freely selectable individual fiber is illuminated proximally by at least one first illumination source, in method step b) Lighting the entire coherent fiber optic bundle from the proximal side, with or without correcting the light disturbance, is performed by the second illumination source. Alternatively, proximal lighting of at least one of the freely selectable individual fibers of the lower method step i) and lighting of the proximal whole of the whole optical fiber bundle with correction or uncorrected disturbances of the method step b) One of these is performed using exactly one illumination source. Here, a wavefront modulator, at least for the purpose of illuminating at least one of the freely selectable individual fibers from the proximal side, the light being arranged in the optical path between the illumination source and the coherent bundle of optical fibers To interact with. In this case, the individually actuatable elements of the wavefront modulator are such that the main part of the light of the illumination source does not hit the fiber bundle but instead only the part used to illuminate at least one of the individual fibers Orientated. According to the above embodiment, it is also advantageously possible to illuminate several non-adjacent individual fibers simultaneously.

方法ステップa)及び方法ステップb)におけるシステム関数は少なくとも実質的に同一であるべきなので、ファイバ束の較正の実行頻度は、ファイバ束により生じる光の乱れの特徴的なタイムスケールによって一般的には決定される。この場合、方法ステップa)及び方法ステップb)は任意の所望のシーケンスで実施可能である。例えば、a)−b)−a)−b)又はa)−b)−b)−b)−a)−b)−b)−b)といったシーケンスである。本発明の実施形態は、特に、検出の光の乱れの修正が数値的に実行されるならば、方法ステップa)と方法ステップb)を同時に実行するのにも、適している。   Since the system functions in method step a) and method step b) should be at least substantially identical, the frequency of performing calibration of the fiber bundle is generally according to the characteristic time scale of the light disturbance caused by the fiber bundle. It is determined. In this case, method step a) and method step b) can be performed in any desired sequence. For example, it is a sequence of a)-b)-a)-b) or a)-b)-b)-b)-a)-b)-b)-b). Embodiments of the invention are also suitable, in particular, for simultaneously performing method step a) and method step b), if the correction of the light disturbance of the detection is performed numerically.

本発明の方法の一実施形態によれば、光は、その波長に応じて、光ファイバの束の遠位側で大部分が反射されるか又は大部分が伝送される。この設計により、有利には、ファイバ束を較正することと、ファイバ束の遠位端で大きく反射される1つの波長の光によって物体を観察することとが、同時に可能になる。ファイバ束の遠位端で大部分が反射される波長の光は較正のために使用され、物体を観察するために使用される。この手順により、波長に基づいて、検出された信号をその光路に関してきれいに分離することが、可能となる。   According to one embodiment of the method of the present invention, light is mostly reflected or transmitted at the distal side of the bundle of optical fibers, depending on its wavelength. This design advantageously enables simultaneously calibrating the fiber bundle and observing the object with light of one wavelength that is strongly reflected at the distal end of the fiber bundle. Light of a wavelength that is predominantly reflected at the distal end of the fiber bundle is used for calibration and is used to observe the object. This procedure makes it possible to cleanly separate the detected signal with respect to its optical path based on the wavelength.

本発明の方法のさらなる実施形態によれば、光は、その偏光状態に応じて、光ファイバの束の遠位側で大部分反射されるか又は大部分伝送される。この設計は、有利には、ファイバ束を較正することと、物体をファイバ束によって観察することとを、同時に可能にする。ファイバ束の遠位端で大部分反射される、1つの偏光状態の光は、較正のために使用され、ファイバ束の遠位端で大部分伝送される別の偏光状態の光は物体を観察するために使用される。この手順により、偏光状態に基づいて、検出された(光)の信号をその光路に関してきれいに分離することが、可能となる。   According to a further embodiment of the method of the invention, the light is largely reflected or transmitted distal to the bundle of optical fibers, depending on its polarization state. This design advantageously allows simultaneously calibrating the fiber bundle and observing the object with the fiber bundle. Light of one polarization state, which is largely reflected at the distal end of the fiber bundle, is used for calibration and light of another polarization state, which is mostly transmitted at the distal end of the fiber bundle, observes the object Used to do. This procedure makes it possible to cleanly separate the detected (light) signal with respect to its light path, based on the polarization state.

本発明による方法のさらなる実施形態は、検出されたデータの評価と、ファイバ束の遠位から照らされた領域によって伝送されて乱された反射光の少なくとも位相情報の抽出とが、デジタルホログラフィーによって実行されることを、特徴とする。この場合、乱された反射光に干渉的に基準波を重ね合わせて得られる干渉パターンの空間強度分布が、検出され評価される。基準波は、特に好ましくは、照明システムによって発せられた光のビーム分割によって生成される。デジタルホログラフィーにより、速やかにかつ複雑な反復(イテレーション)なしに位相情報を決定できる可能性を提供する点は有利である。乱れの修正の周波数は、アセンブリにより、例えば波面変調器の要素が調整され得る周波数によって、実質的に制限される。   A further embodiment of the method according to the invention performs by digital holography the evaluation of the detected data and the extraction of at least the phase information of the reflected light transmitted and disturbed by the distally illuminated area of the fiber bundle. It is characterized by being done. In this case, the spatial intensity distribution of the interference pattern obtained by coherently superimposing the reference wave on the disturbed reflected light is detected and evaluated. The reference wave is particularly preferably generated by beam splitting of the light emitted by the illumination system. Advantageously, digital holography offers the possibility of determining phase information quickly and without complex iterations. The frequency of turbulence correction is substantially limited by the assembly, for example by the frequency at which the elements of the wavefront modulator can be adjusted.

本発明の方法のさらなる実施形態では、検出されたデータの評価と、検出された強度分布から、ファイバ束の遠位から照らされた領域によって伝送されて乱された反射光の少なくとも位相情報の抽出とは、位相回復法を用いた数値的再構成によって実行される。例えば、強度分布が検出されるようにするという目的のために、光路に沿った少なくとも2つの異なる点での強度分布の検出を要するとして、(光の)強度輸送方程式が評価されるようにしてもよい。   In a further embodiment of the method of the invention, extraction of at least phase information of the reflected light transmitted and disturbed by the distally illuminated area of the fiber bundle from the evaluation of the detected data and the detected intensity distribution And are implemented by numerical reconstruction using the phase recovery method. For example, the (light) intensity transport equation may be evaluated as requiring the detection of the intensity distribution at at least two different points along the optical path, for the purpose of causing the intensity distribution to be detected. It is also good.

さらなる実施形態では、本発明の方法は、特に複数の焦点も含む、広い変数範囲にわたって自由に調整可能な光パターンがファイバ束の遠位側に生成されるということにおいて、拡張される。この目的のために、近位波面変調器の個々に作動可能な要素は適宜作動される。照明の光の乱れの補償が、それによって同時に実行可能である。波面変調器を使用して焦点合わせが可能となるため、観察対象に関する深さ情報を有利に得られる。走査を実行してもよく、この方法は、例えば、光ピンセットや放射線療法のため、アクチュエータのような光の適用に用いてもよい。   In a further embodiment, the method of the invention is extended in that a freely adjustable light pattern is generated on the distal side of the fiber bundle, in particular over a wide variable range, which also includes a plurality of focal points. For this purpose, the individually actuable elements of the proximal wavefront modulator are actuated accordingly. Compensation of the light disturbance of the illumination can thereby be performed simultaneously. The ability to focus using a wavefront modulator advantageously provides depth information about the object being viewed. A scan may be performed and this method may be used for application of light, such as an actuator, for example for optical tweezers or radiation therapy.

上記の方法に加えて、本発明は、その方法に関連するファイバ−光学システムにも関係する。   In addition to the above method, the invention also relates to the fiber-optical system associated with the method.

光によって物体を照明し検出するための本発明によるファイバ−光学システムは、光ファイバ、例えばガラスファイバである、光ファイバの干渉性束が照らされる照明システムを備え、ファイバ束は好ましくは可撓性(柔軟)である。   The fiber-optical system according to the invention for illuminating and detecting an object by means of a light comprises an illumination system which is an optical fiber, for example a glass fiber, on which the coherent bundle of optical fibers is illuminated, the fiber bundle preferably being flexible (Flexible).

照明システムによって発せられた光を部分的に反射させる手段は、複数の遠位断面(ファセット)、すなわち、物体に面しかつ照明システムから離れた、ファイバ束の複数のファイバの端面と観察される物体との間の光路に、配置される。部分反射手段は、遠位断面から離れている、すなわち遠位断面に直接隣り合っていない(例えば、その上に堆積されていない)。   The means for partially reflecting the light emitted by the illumination system are observed with a plurality of distal cross sections (facets), ie the end faces of the fibers of the fiber bundle facing the object and away from the illumination system Located in the optical path between the object. The partially reflecting means is separate from the distal cross section, ie not directly adjacent to (eg not deposited on) the distal cross section.

さらに、本発明によるファイバ−光学システムは、ファイバ束によって伝送されて乱される光の空間強度分布を検出するため、あるいは、ファイバ束によって伝送されて乱される光に干渉的に基準波を重ね合わせて生成される干渉パターンを検出する手段を備えてもよい。光の乱れは、例えば光の波面の歪みとして、又は波動面の変形として、視覚化してもよい。   Furthermore, the fiber-optical system according to the invention may be used to detect the spatial intensity distribution of the light transmitted and disturbed by the fiber bundle, or alternatively to coherently overlap the reference wave with the light transmitted and disturbed by the fiber bundle. A means may be provided for detecting the interference pattern generated together. The disturbance of light may be visualized, for example, as distortion of the wavefront of the light or as deformation of the wavefront.

さらに、本発明のファイバ−光学システムは、検出されたデータを少なくとも評価し、ファイバ束によって伝送されて乱される光の少なくとも位相情報を決定する、信号処理プラットフォームを備えてもよい。   Additionally, the fiber-optic system of the present invention may comprise a signal processing platform that at least evaluates the detected data and determines at least phase information of the light transmitted by the fiber bundle to be disturbed.

これまでに記載された構成要素に加えて、本発明のシステムはまた、好都合な方法で配置されたさらなる光学構成要素、特にビームスプリッターを備えてもよい。   In addition to the components described thus far, the system of the invention may also comprise further optical components, in particular a beam splitter, arranged in a convenient manner.

本発明によれば、照明システムは、ファイバ−光学システムを較正するために、光ファイバの束の中の、自由に選択可能な個々のファイバの少なくとも1つを照らし、物体を検出するために光ファイバの束全体を照らするように設計されてもよい。この場合、ファイバ−光学システムの較正は、少なくとも、ファイバ束のシステム関数を識別し評価することを備え、この評価は、ファイバ束の近位端と遠位端との間の、特には、転送行列によって示してもよい。   According to the present invention, the illumination system illuminates at least one of the freely selectable individual fibers in the fiber optic bundle to calibrate the fiber-optic system and detects light to detect the object. It may be designed to illuminate the entire bundle of fibers. In this case, the calibration of the fiber-optic system comprises at least identifying and evaluating the system function of the fiber bundle, this evaluation being performed between the proximal and distal ends of the fiber bundle, in particular the transfer. It may be indicated by a matrix.

本発明のファイバ−光学システムによって、システム較正と、物体の検出及び観察との両方が、原位置(その場)で即時に実行可能であり、ここで、例えば移動、振動、又は温度変化に起因するシステム関数における変化が、複雑な手動調整なしで瞬時に特定可能である。   By means of the fiber-optical system according to the invention, both system calibration and object detection and observation can be carried out immediately in situ, where eg due to movement, vibration or temperature change Changes in system functions can be identified instantaneously without complicated manual adjustments.

本発明の方法の説明で既に述べたように本発明により解決策は、ファイバ−光学システムを較正し、物体の観察時の光の乱れを修正するため、システム関数を使い、よってシステム関数が決定されることにおいて、照明システムによって発せられた光が(ファイバ束を)通過するときの単一位相差ΔΦを直接測定することに、実質的に基づいている。本発明では、システム関数の逆関数がファイバ束全体の近位照明に適用されるか、あるいは、物体を特徴付ける測定データの数値修正にシステム関数の逆関数が使用される。   As already mentioned in the description of the method according to the invention, the solution according to the invention uses a system function to calibrate the fiber-optical system and correct light disturbances during observation of the object, so that the system function is determined In being substantially based on directly measuring a single phase difference ΔΦ as the light emitted by the illumination system passes (fiber bundle). In the present invention, the inverse of the system function is applied to the proximal illumination of the entire fiber bundle, or the inverse of the system function is used to numerically correct the measured data characterizing the object.

本発明のファイバ−光学システムは、画像形成に有利に用いることができて、このシステムでは、横方向(矢状面)の解像度がもはやファイバ束の画素間隔(通常>3.3μm)によって制限されず、この替わりに、導光ファイバコアの開口数によってのみ制限される。この場合、ファイバコアの直径に応じて、1μm未満の横方向分解能が達成可能である。   The fiber-optical system according to the invention can be advantageously used for imaging, in which the resolution in the lateral direction (sagittal plane) is no longer limited by the pixel spacing of the fiber bundle (usually> 3.3 μm) Instead, it is limited only by the numerical aperture of the light guiding fiber core. In this case, a lateral resolution of less than 1 μm can be achieved depending on the diameter of the fiber core.

本発明のファイバ−光学システムは、ファイバ束の近位側にのみ器具を備えるのが好ましい。ファイバ束の遠位端に能動的又は拡大光学素子は必要とされない。したがって、本発明によって超薄型内視鏡の製造が有利に可能であり、その遠位側の内視鏡の直径は実質的にファイバ束の直径によって決まる。   The fiber-optic system of the present invention preferably comprises an instrument only on the proximal side of the fiber bundle. There is no need for active or magnifying optics at the distal end of the fiber bundle. Thus, the present invention advantageously enables the manufacture of an ultra-thin endoscope, the diameter of the endoscope at its distal end being substantially determined by the diameter of the fiber bundle.

本発明のファイバ−光学システムの一実施形態では、照明システムは、少なくとも1つの照明源と、複数の個別に作動可能な要素を含む波面変調器とを備える。波面変調器は、光ファイバの束の近位断面(ファセット)と、少なくとも1つの照明源との間の光路に配列される。ファイバ−光学システムの較正のため、光ファイバの束のうちの少なくとも1つの自由に選択可能な個々のファイバが、少なくとも1つの照明源によって近位から照らされるように、波面変調器の要素を配向してもよい。個々のファイバの少なくとも1つを照らするのに必要とされない照明光の部分は、ファイバ束に当たらないように波面変調器によって偏向される。本発明の意味の範囲内で、「個々のファイバの少なくとも1つ」との記載は、ファイバ束の、隣接していない個々のファイバの複数が、較正の目的で同時に又は連続して近位から照射されることも可能であるとする。これは、個々のファイバの1本のファイバの周囲の領域が複数のファイバを備え、この領域が、較正中にその1本のファイバと同時に近位から照らされることを意味するのではない。有利には、特に簡単に、個々のファイバの複数について、同時又は時間的に連続した照明による較正のため、波面変調器の異なる要素を作動させることによって、上記の照明システムを使用してもよい。   In one embodiment of the fiber-optical system of the present invention, the illumination system comprises at least one illumination source and a wavefront modulator comprising a plurality of individually actuatable elements. The wavefront modulator is arranged in the light path between the proximal cross section (facet) of the bundle of optical fibers and the at least one illumination source. For calibration of a fiber-optical system, orient the elements of the wavefront modulator so that at least one freely selectable individual fiber of the bundle of optical fibers is illuminated from the proximal side by at least one illumination source You may The portion of the illumination light not needed to illuminate at least one of the individual fibers is deflected by the wavefront modulator so as not to hit the fiber bundle. Within the meaning of the present invention, the description “at least one of the individual fibers” means that a plurality of nonadjacent individual fibers of the fiber bundle can be simultaneously or sequentially proximally for the purpose of calibration It is also possible to be irradiated. This does not mean that the area around one fiber of an individual fiber comprises multiple fibers, and this area is illuminated from the same time with the one fiber at the same time during calibration. Advantageously, the illumination system described above may be used, particularly simply by activating different elements of the wavefront modulator, for calibration with simultaneous or temporally continuous illumination, for a plurality of individual fibers .

本発明のシステムのさらなる実施形態によれば、照明システムはまた、少なくとも2つの照明源を備えてもよく、ファイバ−光学システムの較正のため、ファイバ束の自由に選択可能な個々のファイバの少なくとも1本は、少なくとも1つの照明源によって照明され、物体を検出するため、第2の照明源によって光ファイバの束の全てが照明されるようにしてもよい。この実施形態では、較正に使用される照明源の全体的強度を有利に利用可能である。   According to a further embodiment of the system of the present invention, the illumination system may also comprise at least two illumination sources, at least at least one of the freely selectable individual fibers of the fiber bundle for calibration of the fiber-optical system. One may be illuminated by at least one illumination source, and the second illumination source may illuminate all of the bundles of optical fibers to detect an object. In this embodiment, the overall intensity of the illumination source used for calibration is advantageously available.

例えば、レーザを照明源として用いてもよい。   For example, a laser may be used as an illumination source.

本発明のファイバ−光学システムのさらなる実施形態では、複数の個別に作動可能な要素を備える波面変調器が、ファイバ束の光ファイバの近位端面と照明システムとの間の光路に配置される。波面変調器の要素における反射によって、物体を照らすため照明システムによって放射され乱されていない光に、光ファイバの束による伝送によって生じる乱れの逆のもの(反転したもの)が与えられるように、信号処理プラットフォームによって波面変調器が作動可能とされている。   In a further embodiment of the inventive fiber-optical system, a wavefront modulator comprising a plurality of individually actuable elements is arranged in the optical path between the proximal end face of the optical fiber of the fiber bundle and the illumination system. The signal is such that the reflection at the elements of the wavefront modulator gives the light emitted by the illumination system and not disturbed by the illumination system to illuminate the object, the reverse of the disturbance caused by the transmission by the bundle of optical fibers. A wavefront modulator is enabled by the processing platform.

本発明のファイバ−光学システムのこの実施形態の一変形例によれば、任意の光パターン、すなわち空間強度と、位相と、偏光状態分布との少なくとも一つが広い変数範囲にわたって自由に調整可能な光パターンが、波面変調器の個々に作動可能な要素によって光ファイバの束の遠位側に生成される。特に、光パターンは複数の焦点を持つものであってもよい。これにより、有利には、ファイバ−光学システムを使用して走査が実行可能となり、観察される物体に関する深さ情報を取得するため、例えば、光ピンセットや放射線療法のために、ファイバ−光学システムをアクチュエータとしての使用することが可能となる。   According to a variant of this embodiment of the fiber-optic system of the invention, any light pattern, ie light in which at least one of the spatial intensity, phase and polarization state distribution is freely adjustable over a wide variable range A pattern is generated distal to the bundle of optical fibers by the individually actuatable elements of the wavefront modulator. In particular, the light pattern may have more than one focus. This advantageously enables scanning to be performed using a fiber-optical system and to obtain fiber-optical systems, for example for optical tweezers and radiation therapy, in order to obtain depth information on the observed object. It becomes possible to use as an actuator.

本発明によるファイバ−光学システムのこの実施形態のさらなる変形例によれば、波面変調器はデジタル局所空間光変調器である。局所空間光変調器は、一般に、LCoSと、LCDセルと、マイクロミラーとのいずれかが半導体チップに配置された部品と、特定用途向け集積回路とを備え、それらセル又はミラーは、個別に作動可能であり、傾斜と下降との少なくとも一方が可能である。この(変形例)の場合、空間光変調器は、ファイバ束のファイバにつき少なくとも1つの要素、すなわち1つのマイクロミラーを備える。ファイバ当たり約100要素の比率が、一般的である。システム機能の変化に即時対応可能であるように、個々のマイクロミラーの傾斜又は下降を非常に速やかに変更できることは有利である。   According to a further variant of this embodiment of the fiber-optic system according to the invention, the wavefront modulator is a digital local spatial light modulator. Local spatial light modulators generally comprise an LCoS, an LCD cell, a component in which any of the micromirrors are arranged on a semiconductor chip, and an application specific integrated circuit, which cells or mirrors operate independently. Possible, at least one of tilting and lowering is possible. In this (variant) case, the spatial light modulator comprises at least one element per fiber of the fiber bundle, ie one micromirror. A ratio of about 100 elements per fiber is common. It is advantageous to be able to change the tilting or lowering of the individual micromirrors very quickly so that they can respond quickly to changes in system function.

本発明によるファイバ−光学システムの複数の実施形態は、照明システムによって発せられた光を部分的に反射する手段は反射面を備え、反射面の反射率が波長の関数又は偏光状態の関数であること、あるいは、反射面は半透明であることを特徴とする。   In embodiments of the fiber-optic system according to the invention, the means for partially reflecting the light emitted by the illumination system comprises a reflective surface, the reflectivity of the reflective surface being a function of wavelength or polarization state Or that the reflecting surface is translucent.

本発明のファイバ−光学システムの一実施形態では、照明システムによって発せされた光を部分的に反射するための手段は反射面を含み、その反射率は、反射面が波長選択性ビームスプリッターとして機能するような光の波長の関数である。本発明の意味の範囲内で、波長選択性反射面は、特定の波長又は波長範囲のかなりの部分の光を反射することと、別の特定の波長又は別の波長範囲のかなりの部分の光を透過することとのために使用される。このように機能する、特に多層の反射面は、「二色性フィルタ」とも参照される。この実施形態の利点は、特に、2つの異なる波長の光、特に小さな波長差を有する光を使用するとき、フィルタの端部より、一方の波長はわずかに小さいとして選択され、他方の波長がわずかに大きいとして選択されて、ファイバ−光学システムの較正と、乱れが修正された光での物体観察とが、同時に(波長分割多重化と同様の方法で)実行可能であることである。結果として、物体は、大部分が透過される少なくとも1つの波長の光を用いて照らされて測定され、同時に大部分が反射される少なくとも1つの波長の光を用いてファイバ−光学システムが較正される。異なる波長間のスペックルの無相関化の場合でも、既知の分散関係によって修正を実行可能である。   In one embodiment of the fiber-optic system of the invention, the means for partially reflecting the light emitted by the illumination system comprises a reflecting surface, the reflectivity being such that the reflecting surface acts as a wavelength selective beam splitter Is a function of the wavelength of the light to be Within the meaning of the present invention, a wavelength selective reflective surface reflects light of a considerable part of a particular wavelength or wavelength range, and light of a considerable proportion of another particular wavelength or another wavelength range. Used for and through. A multilayer reflective surface that functions in this way is also referred to as a “dichroic filter”. The advantage of this embodiment is that when using two different wavelengths of light, especially light with a small wavelength difference, one wavelength is selected as slightly smaller than the end of the filter and the other is slightly smaller. The calibration of the fiber-optic system and the observation of the object with light with corrected disturbances can be performed simultaneously (in a manner similar to wavelength division multiplexing). As a result, the object is illuminated and measured using at least one wavelength of light that is largely transmitted, and the fiber-optic system is calibrated using light of at least one wavelength that is largely reflected at the same time Ru. Even in the case of speckle decorrelation between different wavelengths, correction can be performed with known dispersion relationships.

本発明のファイバ−光学システムの一実施形態では、照明システムによって発せられた光を部分的に反射する手段は反射面を含み、その反射率は光の偏光状態の関数である。反射面は偏光状態依存ビームスプリッター(偏光ビームスプリッターとも参照される)として機能し、光の偏光状態(例えば右円偏光)は大部分反射され、他の偏光状態(例えば左円偏光)は大部分透過される。結果として、物体は、大部分が透過される偏光状態の光を用いて照らされて測定され、同時に大部分が反射される偏光状態の光を用いてファイバ−光学システムが較正される。記載された好ましい実施形態の場合では、ファイバ−光学システムの較正と、乱れが修正された光での物体の観察とが同時に実行可能であることが有利である。そのための前提条件は、ファイバ束のファイバは偏光を維持するものであることである。例えば、フォトニック結晶ファイバを備えるファイバ束を、使用してもよい。   In one embodiment of the fiber-optic system of the present invention, the means for partially reflecting the light emitted by the illumination system comprises a reflective surface, the reflectivity being a function of the polarization state of the light. The reflective surface acts as a polarization state dependent beam splitter (also referred to as a polarization beam splitter), the polarization state of the light (eg right circular polarization) is mostly reflected and the other polarization states (eg left circular polarization) are mostly It is transmitted. As a result, the object is illuminated and measured with light in the predominantly transmitted polarization state, and at the same time the fiber-optical system is calibrated with light in the predominantly reflected state. In the case of the described preferred embodiments, it is advantageous that calibration of the fiber-optical system and observation of the object with the disturbance-corrected light can be performed simultaneously. The precondition for that is that the fibers of the fiber bundle are to maintain polarization. For example, a fiber bundle comprising photonic crystal fibers may be used.

本発明のファイバ−光学システムの一実施形態では、照明システムによって発せられた光を部分的に反射するための手段は半透明鏡を含み、「半透明」な特性とは、光の反射される部分と透過される部分とが等しくない鏡のさまざまな構成も含むものとする。光は、好ましくは、半透明鏡によって大部分が透過される。特に好ましくは、1桁のパーセント範囲内の光強度の一部が半透明鏡によって反射されてファイバ−光学システムを較正するために使用され、残りの部分は透過されて物体の観察に使用される。本実施形態では、光信号の通過時間に応じて、較正に用いる部分と、乱れを修正した光での物体の観察に用いる部分とを分離可能である。   In one embodiment of the fiber-optic system of the present invention, the means for partially reflecting the light emitted by the illumination system includes a translucent mirror, wherein the “translucent” property is the reflection of light Various configurations of mirrors where the part and the transmitted part are not equal are also included. The light is preferably predominantly transmitted by the semitransparent mirror. Particularly preferably, a part of the light intensity in the single digit percentage range is reflected by the semitransparent mirror and used to calibrate the fiber-optical system, the remaining part is transmitted and used for the observation of the object . In the present embodiment, it is possible to separate the part used for calibration and the part used for observation of the object with the light whose distortion has been corrected, according to the transit time of the light signal.

光を部分的に反射させる手段は、ファイバ束の遠位断面(ファセット)から離されてある。特に、例えば上述の複数の実施形態では、部分反射手段は、ファイバ束の遠位断面上に直接かつ直ちに堆積されていないものである。遠位断面からの距離は、例えばガラススペーサーによって確保してもよく、スペーサーの遠位端に反射面が適用される。同様の効果は、屈折率を高めるためにコアがGeドープされた、ファイバ束の複数のシリカガラスファイバによって得られ、ファイバの遠位端には、反射面が堆積されたドープされていない領域を備える。ドープされていない領域の軸方向の延長範囲は、ファイバ束の遠位断面と光の部分反射手段との間の距離を、特定する。   The means for partially reflecting the light is separated from the distal cross section (facet) of the fiber bundle. In particular, for example in the embodiments described above, the partially reflecting means are those that are not directly and immediately deposited on the distal cross section of the fiber bundle. The distance from the distal section may be ensured, for example, by a glass spacer, and a reflective surface is applied to the distal end of the spacer. A similar effect is obtained by a plurality of silica glass fibers in a fiber bundle, in which the core is Ge-doped to increase the refractive index, and at the distal end of the fiber a non-doped region with a reflective surface deposited. Prepare. The axial extension of the undoped region specifies the distance between the distal cross-section of the fiber bundle and the means of partially reflecting light.

本発明による、ファイバ−光学システムのさらなる実施形態において、検出手段はCCDカメラ又はCMOSカメラを備えてもよい。この場合、使用されるカメラは、ファイバ束の1ファイバにつき少なくとも1つの画素を備えるものとする。一般的には、ファイバ当たり10画素から100画素の割合である。   In a further embodiment of the fiber-optical system according to the invention, the detection means may comprise a CCD camera or a CMOS camera. In this case, the camera used comprises at least one pixel per fiber bundle. Generally, the ratio is 10 to 100 pixels per fiber.

本発明のファイバ−光学システムのさらなる実施形態では、信号処理プラットフォームは、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)と、画像処理ユニット(特にGPGPU=画像処理ユニット上での汎用コンピューティングを使用)との少なくとも一方を備える。デジタル制御システムのこれらの構成要素は、処理の待ち時間が短いことが有利な特徴である。   In a further embodiment of the fiber-optical system according to the invention, the signal processing platform comprises at least one of an FPGA (field programmable gate array) and an image processing unit (especially using GPGPU = general purpose computing on the image processing unit). Equipped with These components of the digital control system are advantageously characterized by low processing latency.

本発明により説明されるシステムの特徴及び詳細は、いうまでもなく、本発明による方法に関係して当てはまるものでもあり、逆もまたしかりである。   It goes without saying that the features and details of the system described by the invention also apply in relation to the method according to the invention and vice versa.

本発明は、例えば、物体の結像を目的としたファイバ−光学システムに使用可能である。このシステムとして、内視鏡又は顕微鏡を例示する。しかしながら、本発明はまた、例えば、レーザ誘導手術、細胞刺激、又は光遺伝学シミュレーションが意図されているファイバ−光学システムにも使用可能である。付加製造への応用も可能である。もちろん、このリストは、本発明の多くの可能な用途のうちを部分的に再現しているだけである。   The invention can be used, for example, in a fiber-optic system intended for imaging an object. An example of this system is an endoscope or a microscope. However, the invention can also be used, for example, in fiber-optical systems, for which laser-guided surgery, cell stimulation or optogenetics simulation are intended. Applications to additive manufacturing are also possible. Of course, this list only partially reproduces many of the many possible uses of the present invention.

本発明は、図示し説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の意味の範囲内で同様に機能する全ての実施形態を含む。本発明を実施するために、本発明による上記の変形例及び実施形態と、特許請求の範囲の技術的特徴とを、互いに組み合わせることもまた適宜好都合である。本発明は、具体的に説明した特徴の組み合わせに限定されないが、個々の特徴が相互に排他的ではないこと、又は個々の特徴の特定の組み合わせが明示的に排除されないことを前提に、全体として開示された全ての個々の特徴の特定の特徴の他のあらゆる可能な組み合わせによっても具体化可能であるとする。   The invention is not limited to the embodiments shown and described but includes all embodiments which function similarly within the meaning of the invention. It is also expedient, as appropriate, to combine the above variants and embodiments according to the invention with the technical features of the claims for carrying out the invention. The invention is not limited to the combination of features specifically described, but on the premise that the individual features are not mutually exclusive or that certain combinations of individual features are not explicitly excluded. It is intended to be embodied by any other possible combination of particular features of all the individual features disclosed.

本発明は、複数の実施態様を参照して、説明されるが、それら実施態様に限定されないことを理解されたい。   While the invention will be described with reference to several embodiments, it should be understood that the invention is not limited to those embodiments.

ファイバ束のシステム関数を決定する概略図であり、検出部がファイバ束の近位に配置されている。FIG. 5 is a schematic diagram of determining a system function of a fiber bundle, wherein a detector is disposed proximal to the fiber bundle. 物体を照らす前、ファイバ束のシステム関数を補償する概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for compensating for the system function of a fiber bundle before illuminating an object.

図1は、可撓性ファイバ束3の近位側32に検出器2を含むファイバ−光学システム1の概略図を示している。この図は、システム関数の初期測定の形態での較正を示すことを意図している。この実施形態では、ファイバ束3によって伝送されることによって歪みを受ける光の位相情報は、デジタルホログラフィーによって決定される。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a fiber-optic system 1 that includes a detector 2 on the proximal side 32 of a flexible fiber bundle 3. This figure is intended to show the calibration in the form of an initial measurement of the system function. In this embodiment, the phase information of the light that is distorted by being transmitted by the fiber bundle 3 is determined by digital holography.

照明システムは、照明源4と空間光変調器6とを備える。複数の平らな波面41によって表される照明源4によって放出された光は、ビームスプリッター5において、空間光変調器6に向かって反射される部分(フラクション)51と第2の部分52とに分割される。第2の部分52はビームスプリッター5によって検出器2に直接伝送され、ホログラフィーのための基準波21として機能する。   The illumination system comprises an illumination source 4 and a spatial light modulator 6. The light emitted by the illumination source 4 represented by the plurality of flat wavefronts 41 is split in the beam splitter 5 into a portion 51 and a second portion 52 which are reflected towards the spatial light modulator 6 Be done. The second part 52 is transmitted directly to the detector 2 by the beam splitter 5 and functions as a reference wave 21 for holography.

空間光変調器6の個々の要素は、照明光の部分51のうち、部分61のみが平らな波の形態でファイバ束3に向かって反射されるように傾けられ、それによって正確に1つの個々のファイバ30が近位から照らされる。遠位側31では、基本波33の開始点として個々のファイバ30を解釈してもよく、基本波33とは、ほぼ点状の個々のファイバ30を出て、半透明鏡7により部分反射されて、少なくとも部分的にファイバ束30に向かう波である。これは、光学的には、半透明鏡7の後に生じる、虚像(仮想イメージ)であるガイド用星印8によって遠位側31から、ほぼ点状の個々のファイバ30からなるファイバ束を照らすことに相当する。最終的には、したがって、個々のファイバ30の周りのファイバ束3の少なくとも一領域は、基本波33によって遠位から照らされる。遠位からこのように照明されるファイバ束3の領域のサイズは、個々のファイバ30の遠位断面(ファセット)と、半透明鏡7との距離によって決まる。図1は、ファイバ束3全体が遠位から照らされる一実施形態を示す。   The individual elements of the spatial light modulator 6 are inclined in such a way that, of the portion 51 of the illumination light, only the portion 61 is reflected towards the fiber bundle 3 in the form of a flat wave, whereby exactly one individual The fiber 30 is illuminated from the proximal. On the distal side 31, the individual fibers 30 may be interpreted as the starting point of the fundamental wave 33, which leaves the substantially point-like individual fiber 30 and is partially reflected by the translucent mirror 7. Are waves directed at least partially to the fiber bundle 30. This is to optically illuminate the fiber bundle consisting of the substantially point-like individual fibers 30 from the distal side 31 by the guide star 8 which is optically generated after the semitransparent mirror 7 and which is a virtual image (virtual image) It corresponds to Finally, therefore, at least one region of the fiber bundle 3 around the individual fibers 30 is illuminated distally by the fundamental wave 33. The size of the area of the fiber bundle 3 thus illuminated from the distal end depends on the distance between the distal cross section (facet) of the individual fibers 30 and the semitransparent mirror 7. FIG. 1 shows an embodiment in which the entire fiber bundle 3 is illuminated from the distal.

ファイバ束3によって伝送されることによって単一位相差Δφで乱された波面34は、近位端32からファイバ束3を離れる。それら波面は、例えばCCDカメラであってもよい検出部2上で反射される。ビームスプリッター5によって少なくとも部分的に分割され、基準波21が波面上に重ね合わされ、干渉パターンを検出部2が記録する。この干渉パターンの記録としては、信号処理プラットフォーム(図示せず)のデジタル評価を用いて、乱された波34の位相情報が直接ホログラフィックに抽出されるようにしてもよい。ファイバ束3の伝送特性を表すシステム関数は、このようにして伝達行列の形で決定されてもよい。   The wavefront 34 disturbed with a single phase difference Δφ by being transmitted by the fiber bundle 3 leaves the fiber bundle 3 from the proximal end 32. These wavefronts are reflected on the detector 2 which may be, for example, a CCD camera. The beam splitter 5 splits at least partially, the reference wave 21 is superimposed on the wave front, and the detector 2 records the interference pattern. To record this interference pattern, the digital information of a signal processing platform (not shown) may be used to extract the phase information of the disturbed wave 34 directly into holographic. The system function representing the transmission characteristics of the fiber bundle 3 may thus be determined in the form of a transfer matrix.

図2は、物体9を照明する前に、空間光変調器6によってファイバ束3の伝送特性を表すシステム関数を補償することについての概略図である。本発明により、各ケース(実施例)で、信号処理プラットフォーム(図示せず)によるシステム関数の測定及び評価は、システム関数の補償の前に行われる。ファイバ束3を較正するための実施形態は、図1に記載されている。信号処理プラットフォームは、測定されたシステム関数を逆に(反転)し、空間光変調器6の個々の要素を調整する。これにより、空間光変調器6での反射によって照明源4によって発せられた光に、ファイバ束3によって引き起こされる位相歪み(光の乱れ)の逆位相(反転したもの)が重ね合わされる。光は、この場合も同様に平面波41によって表され、ビームスプリッター5によって空間光変調器6上で少なくとも部分的に反射される。空間光変調器6での反射後、波面62は歪を有しているが、この歪は、後続の伝送中にファイバ束3によって補償される。平らな、乱れ(歪)が修正された波35が、ファイバ束の遠位端31から出る。物体9の前方に配置されている部分反射のための手段は、明瞭さのために図示されない。   FIG. 2 is a schematic view of compensating the system function representing the transmission characteristics of the fiber bundle 3 by means of the spatial light modulator 6 before illuminating the object 9. According to the invention, in each case (embodiment) the measurement and evaluation of the system function by the signal processing platform (not shown) takes place before the compensation of the system function. An embodiment for calibrating the fiber bundle 3 is described in FIG. The signal processing platform reverses (inverts) the measured system function and adjusts the individual elements of the spatial light modulator 6. Thereby, the light emitted by the illumination source 4 by the reflection at the spatial light modulator 6 is superimposed on the antiphase (inverted one) of the phase distortion (light disturbance) caused by the fiber bundle 3. The light is again represented by a plane wave 41 in this case and is at least partially reflected on the spatial light modulator 6 by the beam splitter 5. After reflection at the spatial light modulator 6, the wave front 62 has distortion, which is compensated by the fiber bundle 3 during subsequent transmission. A flat, turbulence-corrected wave 35 emerges from the distal end 31 of the fiber bundle. The means for partial reflection arranged in front of the object 9 are not shown for the sake of clarity.

空間光変調器6の個々の要素は、ファイバ束3に起因して平らな波51が受ける位相歪みが補償されるように配置してもよい。加えて、空間光変調器6の個々の要素の配置は、光がファイバ束3の遠位に出るときに、光の集束が1つ又は複数の焦点(図示せず)で生じるようにする。平らな波51が空間光変調器6で反射されると、逆システム関数がその上に加えられ、集束が起こる。次いで、予め変形され集束された波面(図示せず)がファイバ束3内に導かれ、そこで集束が維持されながら位相歪みが補償される。集束され、乱れが修正されて歪んでいない波は、ファイバ束3の遠位に出る。   The individual elements of the spatial light modulator 6 may be arranged such that the phase distortion experienced by the flat wave 51 due to the fiber bundle 3 is compensated. In addition, the arrangement of the individual elements of the spatial light modulator 6 allows light focusing to occur at one or more focal points (not shown) when the light exits the fiber bundle 3 distally. When the flat wave 51 is reflected by the spatial light modulator 6, an inverse system function is applied thereon and focusing occurs. A pre-deformed and focused wavefront (not shown) is then introduced into the fiber bundle 3 where phase distortion is compensated while maintaining focus. A focused, turbulence-corrected, undistorted wave exits the fiber bundle 3.

1 ファイバ−光学システム
2 検出部
21 基準波
3 ファイバ束
30 個々のファイバ
31 ファイバ束の遠位側
32 ファイバ束の近位側
33 ファイバ束の遠位から照らす波
34 近位端にて出現した、ファイバ束によって歪んだ波
35 光の乱れが修正された波
4 照明源
41 照明源から発せられた平らな波
5 ビームスプリッター
51 空間光変調器に向かってビームスプリッターによって反射された波
52 ビームスプリッターによって伝送される波
6 空間光変調器
61 空間光変調器によって反射され、個々のファイバを照らす波
62 空間光変調器に反射された、予め歪められた波
7 半透明鏡
8 ガイド用星印
1 fiber-optical system 2 detection unit 21 reference wave 3 fiber bundle 30 individual fiber 31 fiber bundle distal side 32 fiber bundle proximal side 33 wave bundle emerging from the distal side of wave 34 emerging at the proximal end, Wave 35 distorted by fiber bundle Wave 4 with corrected light disturbance 4 Illumination source 41 Flat wave emitted from illumination source 5 Beam splitter 51 Wave 52 reflected by beam splitter towards spatial light modulator By beam splitter Transmitted Waves 6 Spatial Light Modulators 61 Reflected by the Spatial Light Modulators and Waves 62 that illuminate the Individual Fibers Pre-Distorted Waves 7 Reflected by the Spatial Light Modulators 7 Translucent Mirrors 8 Guided Stars

Claims (19)

光によって物体(9)を照らし検知する方法が、以下の方法ステップa)及びb)を少なくとも備え、
a)光ファイバの干渉性束(3)を較正することであって、方法ステップa)は、
i)光ファイバの干渉性束(3)の、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から光で照らすことと、
ii)光ファイバの束(3)の一領域が反射光によって遠位から照らされるように、光ファイバの束(3)の遠位断面から離れた位置にある部分反射手段(7)にて、光を少なくとも部分的に反射することであって、一領域は個々のファイバ(30)の複数を備え、反射光は、照射された個々のファイバ(30)の虚像(8)から発散される光に相当する、光を少なくとも部分的に反射することと、
iii)光ファイバの束の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光の空間強度分布と、光ファイバの束の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光に参照波がコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の一方を検知することと、
iv)光ファイバの束(3)の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光の単一位相差ΔΦを少なくとも直接抽出するために、検出データを評価することと、
v)光ファイバの束(3)の遠位から照らされた領域の伝送特性を反映するシステム関数を決定することと、
vi)光ファイバの束(3)全体の伝送特性を反映するシステム関数を決定するため、下位の方法ステップi)からv)を繰り返すことと、
を、備え、
b)光の乱れを修正して、光ファイバの束(3)全体を近位から光で照らし、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)を検知することと、
未修正の光で光ファイバの束(3)全体を近位で照らしてから、光の乱れを修正して、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)を検知することと、
の一方を行うことであって、
照明の乱れの修正は、システム関数の逆関数を、照明システムから発せられた光に、個別に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)との相互作用によって加えること、において実行され、光ファイバの束(3)の伝送に続いて、照明システムに発せられた波動場に大部分相当する波動場は、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)の近位で照らすことに利用可能であり、
照明の乱れの修正は、システム関数の逆関数を使用して、物体(9)との相互作用後に光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の空間強化分布と、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光に参照波をコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の少なくとも一方を数値的に修正することにおいて実行されることを特徴とする、光によって物体を照らし検知する方法。
The method of illuminating and detecting an object (9) by means of light comprises at least the following method steps a) and b):
a) calibrating the coherent bundle (3) of the optical fiber, the method step a)
i) illuminating at least one of the freely selectable individual fibers (30) of the coherent bundle of optical fibers (3) with light from the proximal;
ii) at partially reflecting means (7) at a distance from the distal cross section of the bundle of optical fibers (3), such that a region of the bundle of optical fibers (3) is illuminated from the distal by reflected light; Reflecting light at least partially, an area comprising a plurality of individual fibers (30), the reflected light being emitted from the virtual image (8) of the individual fibers (30) illuminated At least partially reflect light,
iii) Spatial intensity distribution of reflected light transmitted and disturbed in the region illuminated from the distal end of the optical fiber bundle, and reflected light transmitted and disturbed in the region illuminated from the distal end of the optical fiber bundle Detecting one of a spatial intensity distribution of an interference pattern generated by coherently superimposing a reference wave on
iv) evaluating the detection data to at least directly extract a single phase difference ΔΦ of the reflected light transmitted and disturbed in the distally illuminated area of the bundle of optical fibers (3);
v) determining a system function that reflects the transmission characteristics of the region illuminated from the distal end of the fiber optic bundle (3);
vi) a bundle of optical fibers (3) repeating sub-method steps i) to v) to determine a system function that reflects the overall transmission characteristics;
Have,
b) correcting the disturbance of light, illuminating the entire bundle of optical fibers (3) with light from the proximal and detecting the object (9) placed on the optical path behind the partial reflection means (7); ,
Illuminate the entire fiber optic bundle (3) proximally with uncorrected light, then correct the light disturbance and detect the object (9) placed on the optical path behind the partial reflection means (7) And
To do one of the
The correction of the illumination disturbance is carried out in that an inverse function of the system function is added to the light emitted from the illumination system by interaction with the wavefront modulator (6) comprising a plurality of individually operable elements. Following the transmission of the bundle of optical fibers (3), the wave field corresponding largely to the wave field emitted to the illumination system is the object (9) arranged on the optical path behind the partial reflection means (7). Available to light up in the
The correction of illumination disturbances uses the inverse function of the system function, the spatial enhancement distribution of the light transmitted to the fiber bundle (3) and disturbed after interaction with the object (9), and the optical fiber It is executed in numerically correcting at least one of a spatial intensity distribution of an interference pattern generated by coherently superimposing a reference wave on reflected light transmitted to the bundle (3) and disturbed. A method of illuminating and detecting an object with light.
下位の方法ステップi)において、光ファイバの束(3)の個々のファイバ(30)の隣接していない少なくとも2本は近位から同時に照らされ、その画像によって下位の方法ステップii)で個々のファイバ(30)の少なくとも2つの虚像が生じ、光ファイバの束(3)の重ならない領域は遠位から照らされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 In the lower method step i), at least two non-adjacent non-adjacent ones of the individual fibers (30) of the bundle of optical fibers (3) are illuminated simultaneously from the proximal side, by means of their images in the lower method step ii) Method according to claim 1, characterized in that at least two virtual images of the fibers (30) are produced and the non-overlapping regions of the optical fiber bundle (3) are illuminated from the distal end. 下位の方法ステップi)において、少なくとも1つの第1の照明源によって、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らし、
方法ステップb)において、コヒーレントな光ファイバの束(3)全体を、光の乱れを修正又は修正せず第2の照明源によって近位から照らすことが実行されること、あるいは
下位の方法ステップi)の、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らすことと、方法ステップb)の、光の乱れを修正又は修正せずに光ファイバ(30)の束全体を近位から照らすこととは、正確に一つの照明源(4)で実行され、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らすことを少なくとも目的として、光は、照明源(4)と干渉性光ファイバの束(3)との間の光路上に配置された波面変調器(6)と相互作用することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
In sub-method step i), at least one of the freely selectable individual fibers (30) is illuminated proximally by at least one first illumination source;
In method step b), the entire coherent fiber optic bundle (3) is illuminated proximally by a second illumination source without correcting or correcting for light disturbances, or sub-method step i B) illuminating at least one of the freely selectable individual fibers (30) from the proximal side, and of the method step b), without correcting or correcting the light disturbance of the whole bundle of optical fibers (30) The illumination of the light from the proximal side is performed by exactly one illumination source (4) and the light is at least for the purpose of illuminating the proximal side at least one of the freely selectable individual fibers (30). 3. A method according to claim 1, characterized in that it interacts with a wave front modulator (6) arranged in the light path between the illumination source (4) and the bundle (3) of coherent optical fibers. Method.
部分反射手段(7)は、光の波長に依存して、光ファイバの束(3)の遠位側に、光の大部分を反射するか、光の大部分を透過することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 The partially reflecting means (7) is characterized in that it reflects most of the light or transmits most of the light to the distal side of the bundle (3) of optical fibers, depending on the wavelength of the light. The method according to any one of claims 1 to 3. 部分反射手段(7)は、光の偏光状態に依存して、光ファイバの束(3)の遠位側に、光の大部分を反射するか、光の大部分を透過することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 The partial reflection means (7) is characterized by reflecting most of the light or transmitting most of the light to the distal side of the optical fiber bundle (3) depending on the polarization state of the light. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein 検出データを評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光の少なくとも位相情報を抽出こととは、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光に基準波を干渉的に重ね合わせて生成された干渉パターンの空間強度分布のデジタルホログラフィーによって実行されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 Evaluating the detection data and extracting at least phase information of the reflected light transmitted and disturbed to the optical fiber bundle (3) are transmitted to the optical fiber bundle (3) and disturbed 6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is performed by digital holography of the spatial intensity distribution of the interference pattern generated interferenceally overlapping the reference wave. 検出データを評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光の少なくとも位相情報を空間強度分布から抽出することとは、位相回復法による数値的再構築によって実行されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 Evaluating the detection data and extracting from the spatial intensity distribution at least the phase information of the reflected light transmitted and disturbed to the optical fiber bundle (3) is carried out by numerical reconstruction by the phase recovery method. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that 自由に調整可能な光パターンが、光ファイバの束(3)の遠位端に生成されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of the preceding claims, characterized in that a freely adjustable light pattern is generated at the distal end of the bundle (3) of optical fibers. 光によって物体(9)を照らし検知するファイバ−光学システム(1)において、
光ファイバの干渉性束(3)と、
光ファイバの干渉性束(3)を近位から照らす照明システムと、
光ファイバの束(3)の遠位断面と、遠位断面から離れたところの物体(9)との間に、照明システムから発せられた光の光路に配置された光の部分反射手段(7)と、
光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の空間強度分布と、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光に参照波をコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の一方を検出する検出手段(2)と、
検出された光を評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の少なくとも位相情報を決定することとを少なくとも行う信号処理プラットフォームと、
を備えて、
照明システムは、光ファイバの束(3)を較正するために光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を照らし、かつ物体(9)の観察のため光ファイバの束(3)全体を照らすように設計されたことを特徴とする、
ファイバ−光学システム(1)。
In a fiber-optical system (1) which illuminates and detects an object (9) by means of light,
A coherent bundle of optical fibers (3),
An illumination system that illuminates the coherent bundle (3) of optical fibers from the proximal side;
Means for partially reflecting light (7) arranged in the optical path of the light emitted from the illumination system between the distal cross section of the bundle of optical fibers (3) and the object (9) at a distance from the distal cross section )When,
Spatial intensity distribution of light transmitted to the optical fiber bundle (3) and disturbed, and interference pattern generated by coherently superimposing a reference wave on the light transmitted to the optical fiber bundle (3) and disturbed Detecting means (2) for detecting one of the spatial intensity distributions of
A signal processing platform for at least evaluating the detected light and determining at least phase information of the light transmitted to the optical fiber bundle (3) and disturbed;
Equipped with
The illumination system illuminates at least one of the freely selectable individual fibers (30) of the bundle of optical fibers (3) to calibrate the bundle of optical fibers (3) and of the observation of the object (9) Is characterized in that it is designed to illuminate the whole of the optical fiber bundle (3),
Fiber-optical system (1).
照明システムは、少なくとも1つの照明源(4)と、個々に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)とを備え、波面変調器(6)は光ファイバの束(3)の近位断面と少なくとも1つの照明源(4)との間の光路上に配置されてあって、波面変調器(6)の複数の要素は、光ファイバの束(3)を較正するために、光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本が、少なくとも1つの照明源(4)に照らされるように配向可能であることを特徴とする、請求項9に記載のファイバ−光学システム(1)。 The illumination system comprises at least one illumination source (4) and a wave front modulator (6) comprising a plurality of individually actuatable elements, the wave front modulator (6) being close to the bundle of optical fibers (3) A plurality of elements of the wavefront modulator (6) arranged on the optical path between the cross-section and the at least one illumination source (4), for calibrating the bundle of optical fibers (3) 10. A device according to claim 9, characterized in that at least one of the freely selectable individual fibers (30) of the bundle of fibers (3) is orientable to be illuminated by the at least one illumination source (4). A fiber-optic system (1) according to claim 1. 照明システムは、少なくとも2つの照明源を備え、光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本は、光ファイバの束(3)の較正のために少なくとも1つの第1の照明源に照らされ、光ファイバの束(3)全体は、物体(9)の観察のため第2の照明源に照らされることを特徴とする、請求項9に記載のファイバ−光学システム。 The illumination system comprises at least two illumination sources, at least one of the freely selectable individual fibers (30) of the bundle of optical fibers (3) being at least for the calibration of the bundle of optical fibers (3) A fiber according to claim 9, characterized in that it is illuminated by one first illumination source and the whole bundle of optical fibers (3) is illuminated by a second illumination source for observation of the object (9). An optical system. 個々に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)は、束(3)の光ファイバの近位断面と、照明システムとの間の光路上に配置されてあって、
光ファイバの束(3)に伝送されて生じた光の乱れの逆数が、波面変調器(6)の複数の要素における反射によって、物体(9)を照らして検出するために照明システムから発せられて乱されていない光に与えられるように、波面変調器(6)の複数の要素が信号処理プラットフォームにより作動可能であることを特徴とする、請求項9から11のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
A wavefront modulator (6) comprising a plurality of individually actuable elements is arranged on the optical path between the proximal cross section of the optical fiber of the bundle (3) and the illumination system,
The reciprocal of the disturbance of light transmitted to the fiber optic bundle (3) is emitted from the illumination system to illuminate and detect the object (9) by reflection at multiple elements of the wavefront modulator (6). The elements according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the elements of the wavefront modulator (6) are actuatable by the signal processing platform so as to be provided to unperturbed light. Fiber-optical system (1).
調整可能な光パターンが、波面変調器(6)の個々に作動可能な複数の要素によって光ファイバの束(3)の遠位端に生成されることを特徴とする、請求項12に記載のファイバ−光学システム(1)。 13. Adjustable light pattern is generated at the distal end of a bundle of optical fibers (3) by a plurality of individually actuable elements of a wavefront modulator (6). Fiber-optical system (1). 波面変調器(6)が、デジタル局所空間光変調器であることを特徴とする、請求項12又は13に記載のファイバ−光学システム(1)。 The fiber-optic system (1) according to claim 12 or 13, characterized in that the wavefront modulator (6) is a digital local spatial light modulator. 光の部分反射手段(7)が、波長に依存するビームスプリッターとして機能する反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 A fiber-optic system (1) according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the light partially reflecting means (7) comprises a reflecting surface which acts as a wavelength dependent beam splitter. 光の部分反射手段(7)が、偏光状態に依存するビームスプリッターとして機能する反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 15. The fiber-optic system (1) according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the partial reflection means (7) of light comprises a reflecting surface that functions as a beam splitter depending on the polarization state. . 光の部分反射手段(7)が、半透明反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 A fiber-optic system (1) according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the light partially reflecting means (7) comprises a semitransparent reflecting surface. 検出手段(2)が、CCDカメラ又はCOMOSカメラを備えることを特徴とする、請求項9から17のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 The fiber-optic system (1) according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the detection means (2) comprise a CCD camera or a CMOS sensor. 信号処理プラットフォームが、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)と、画像処理ユニットとの少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項9から18のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 19. The fiber-optic system (1) according to any one of claims 9 to 18, characterized in that the signal processing platform comprises at least one of an FPGA (Field Programmable Gate Array) and an image processing unit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2020003429A1 (en) * 2018-06-28 2021-07-08 オリンパス株式会社 Optical scanning device and imaging device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112842604B (en) * 2019-11-27 2022-12-06 香港理工大学深圳研究院 A kind of optogenetics experimental method and system
KR102404070B1 (en) 2020-09-25 2022-06-02 고려대학교 산학협력단 Reflection endoscopic microscope using the optical fiber bundle and endoscope image acquisition method using thereof
DE102020128173B3 (en) 2020-10-27 2022-01-13 Technische Universität Dresden, Körperschaft des öffentlichen Rechts Method and arrangement for adapted illumination of an object with light
DE102021102755B3 (en) 2021-02-05 2022-02-10 Technische Universität Dresden, Körperschaft des öffentlichen Rechts Optical system and imaging method
US20230288288A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 Ram Photonics Industrial, Llc Methods and systems for detecting the presence of an optical fiber
DE102023136560B4 (en) * 2023-12-22 2025-07-03 Technische Universität Dresden, Körperschaft des öffentlichen Rechts Method and device for compensating the phase disturbance of multiple wavelengths of image waveguides
CN119124562B (en) * 2024-11-13 2025-05-23 新光维医疗科技(苏州)股份有限公司 Optical fiber detection method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61188513A (en) * 1985-02-16 1986-08-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fiber scope
JPH06217934A (en) * 1993-01-28 1994-08-09 Olympus Optical Co Ltd Image pickup device
JPH0836138A (en) * 1994-07-21 1996-02-06 Olympus Optical Co Ltd Image pickup device
JP2009131666A (en) * 2006-01-18 2009-06-18 General Hospital Corp Equipment configured to propagate at least one electromagnetic radiation
JP2011527218A (en) * 2008-07-10 2011-10-27 インペリアル・イノベイションズ・リミテッド Improved endoscope
WO2016097191A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Device for transporting and controlling light pulses for lensless endo- microscopic imaging
WO2017174596A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Devices and methods for conveying and controlling light beams for lensless endo-microscopic imagery

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6877738B2 (en) 2001-05-10 2005-04-12 Canon Kabushiki Kaisha Sheet material feed apparatus and recording apparatus
US6849841B2 (en) 2001-09-28 2005-02-01 Raytheon Company System and method for effecting high-power beam control with outgoing wavefront correction utilizing holographic sampling at primary mirror, phase conjugation, and adaptive optics in low power beam path
EP1554822B1 (en) 2002-10-03 2012-04-25 Ciena Luxembourg S.a.r.l. Electrical domain mitigation of polarization dependent effects in an optical communications system
DE102006011707B4 (en) * 2006-03-14 2010-11-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for producing a structure-free fiberscopic recording
DE102012204128B4 (en) * 2012-03-15 2023-11-16 Carl Zeiss Microscopy Gmbh High-resolution scanning microscopy
US9871948B2 (en) 2012-03-29 2018-01-16 Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Methods and apparatus for imaging with multimode optical fibers
DE102013019348A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Carl Zeiss Microscopy Gmbh High-resolution scanning microscopy
DE102013015931B4 (en) * 2013-09-19 2024-05-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and method for high-resolution scanning microscopes
DE102013015933A1 (en) * 2013-09-19 2015-03-19 Carl Zeiss Microscopy Gmbh High-resolution scanning microscopy
JP2016005198A (en) * 2014-06-18 2016-01-12 キヤノン株式会社 Imaging apparatus
US10481386B2 (en) * 2016-03-30 2019-11-19 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Optical article and illumination system for endoscope

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61188513A (en) * 1985-02-16 1986-08-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fiber scope
JPH06217934A (en) * 1993-01-28 1994-08-09 Olympus Optical Co Ltd Image pickup device
JPH0836138A (en) * 1994-07-21 1996-02-06 Olympus Optical Co Ltd Image pickup device
JP2009131666A (en) * 2006-01-18 2009-06-18 General Hospital Corp Equipment configured to propagate at least one electromagnetic radiation
JP2011527218A (en) * 2008-07-10 2011-10-27 インペリアル・イノベイションズ・リミテッド Improved endoscope
WO2016097191A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Device for transporting and controlling light pulses for lensless endo- microscopic imaging
WO2017174596A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Devices and methods for conveying and controlling light beams for lensless endo-microscopic imagery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2020003429A1 (en) * 2018-06-28 2021-07-08 オリンパス株式会社 Optical scanning device and imaging device
JP7141452B2 (en) 2018-06-28 2022-09-22 株式会社エビデント Optical scanning device and imaging device

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